4. Розрахунок узгоджувальних кіл

Потужність, яку віддає транзистор , виділяється в опорі навантаження Z_н, котре не завжди дорівнює потрібному опору R_ек. Для трансформації Z_н в R_ек використовуються узгоджувальні кола, які повинні, окрім узгодження опорів, забезпечити задані амплітудно- и фазочастотні характеристики у смузі частот, яка відповідає передаваємому сигналу і нормам на допустимі спотворення; відфільтровувати вищі гармоніки так, щоб потужність кожної з них, що виділяється в навантаженні на вході слідуючого каскаду або в антені вихідного, не перевищувала допустимої величини; забезпечувати максимальный ККД.

Вузькодіапазонні узгоджувальні кола будуються на основі найпростіших LС узгоджувальних Г-, Т-, и П-ланок, головним чином у вигляді ФНЧ, когда у продольных гілках включають індуктивности, а в поперечних – ємності. При цьому забезпечується більш всока фільтрація вищих гармонік, а ємності і індуктивності виводів транзисторів відносно просто включаються у відповідні реактивні элементи трансформуючих ланок.

Узгоджувальні П- і Т-ланки будують шляхом послідовного з’єднання двох Г-ланок, при цьому вони допускають довільне співвідношення опорів, які включені на вході і виході. Схеми Т- та П-ланок наведені на рис. 4.1.

а) П-ланка б) Т-ланка

Рисунок 4.1. Схеми узгоджувальних кіл.

Звичайно П- та Т-ланки проектують як послідовне з’єднання двох Г-ланок, які трансформують спочатку R₂ в R₀, а потім R₀ в R₁. При цьому чим менше або більше R₀ по відношенню до R_1, R₂, тим краща фільтрація буде забезпечена, але тим нижчий буде ККД і вужча смуга пропускання. Тому R₀ вибирають в межах 1,5...10 разів менше або більше ,ніж R₁ і R₂.

Опори і величини елементів Т-кола визначаються із співвідношень :

X_L1 = R₁ ∙ (4.1)

X_L2 = R₂ ∙ (4.2

X_С = (4.3)

L = X _L / ω; С = 1 / ( ω| X_c | ) (4.4)

Для П-ланки

| X_C1 | = , (4.5)

| X_C2 | = , (4.6)

X_L =R₀ , (4.7)

Якщо одержані величини індуктивностей не реалізуються у вигляді дискретних елементів, якості індуктивностей використовуємо відрізки стрічкових ліній.

Хвильовий опір лінії

(4.8)

де ε – діелектрична проникність діелектрика,

d - товщина діелектрика,

b - ширина лінії.

Електрична довжина лінії

Θ = arcsin (ωL / Z) (4.9)

Геометрична довжина лінії

L = Θλ₀ /(2 π ) (4.10)

де λ₀ – довжина хвилі.

5. Розрахунок елементів збуджувачів

Збуджувач – пристрій, який входе до складу радіопередавача і призначений для формування коливань із заданими частотами, стабільністю та потрібним видом модуляції. Для радіомовних передавачів у збуджувачі, як правило, формується сітка фіксованих частот з кроком, який дорівнює смузі частот вилучаємого сигналу.

Забезпечити сітку високостабільних частот можна тільки з використанням синтезу частот. Із відомих методів синтезу частот – прямого і непрямого (аналізу) зм теперішнього часу одержав виключне застосування другий метод, який дозволяє одержати на виході збуджувача сигнал з низьким рівнем комбінаційних складових, не потребующий застосування великої кількості громіздких фільтрів і легко реалізующийся в інтегральному виконанні.

При непрямих методах синтезу частот вихідний сигнал одержують від підстроюємого генератора (ПГ) без будь-яких нелінійних перетворень. Для забезпечення потрібної стабільності частоти ПГ використовують систему автоматичного підстроювання частоти (АПЧ) за сигналом опорного генератора. Система АПЧ, як правило, є фазової (ФАПЧ) внаслідок більшої точності її роботи порівняно з частотною АПЧ. Недоліки систем непрямого синтезу порівняно з прямими – більший час перестройки з одної частоти на другу, труднощі зменшення кроку частот і можливість генерації вихідного сигналу, частота якого не відповідає встановленому органами керування значенню (при виході із ладу кільця ФАПЧ, при ложних захватах за частотою, та др.). Однак вказані недоліки не являються принциповими, хоча для їх одолання потрібне суттєве ускладнення функціональної схеми (замість однокільцевої системи ФАПЧ приходиться використовувати дво-трьохкільцеві; для зменшення кроку сітки частот або синтезу частот вище сотен мегагерців використовувати змішувачі частот; для надійної і більш якісної роботи систему АПЧ потрібно доповнювати допоміжними пристроями пошуку за частотою і індикаторами сінхронизації).

Використання активних методів цифрового синтезу частот дозволяє усунути протиріччя вимог за малістю кроку зміни частоти, щвидкодії та чистоті спектру вихідного коливання. Перехід до цифрової елементної бази дозволяє одержати переваги (відносно аналогової елементної бази) в частині зменшення маси, габаритних розмірів збуджувачів, підвищити надійність та технологічність.

Розрахунок генератора, керованого напругою

Синтезатори, побудовані на основі непрямого синтезу (аналізу), мають у своєму складі перестроюємий за частотою автогенератор,охоплений петлею фазового автопідстроювання частоти. Автогенератори будуються на малопотужних транзисторах, при цьому транзистори за частотою вибираються із умови f_Агтах ≤ 0,1f_T.

Таблиця 1. Параметри транзисторів, рекомендованих для використання в АГ.

Тип транз.	fТ ГГц	к пС	0	rнас Ом	Ск пФ	Се пФ	Uкед В	Uбед В	Iкод мА	Ркд мВт	tпд С
2Т316Б	0,8	150	40	40	2,5	2,5	10	4	30	150	125
КТ367А	1,5	15	50	30	1,5	2,7	10	4	20	100	85
2Т371А	2,0	7	40	50	0,5	0,85	10	3	20	50	80
КТ372Б	3,0	7,5	20	50	0,65	1,2	15	3	10	50	125
КТ382Б	1,8	10	50	40	2,0	2,5	10	3	20	100	150

Варіант принципової схеми ГКН наведено на рис. 5.1.

Рисунок 5.1. Принципова схема ГКН

Задаються амплітудою першої гармоніки колекторного струму I_к1 = (3...5)мА і кутом відсічки  = 70...90° [5, с. 130].

Визначаються коефіцієнти гармонічних складових імпульсу колекторного струму ₁, ₀, g₁, cos.

Визначаються параметри еквівалентної схеми транзистора [5, с. 20].

(5.1)

r = ₀ /S_п r_б = 3_к / С_к

(5.2)

S = ₀/( r_б + r)

Якщо f_S  f_гкн, при розрахунку режиму інерційність транзистора не враховуєтьтся. Обирається напругу колекторного живлення Е_к< U_кед/2.

Коефіцієнт використання колекторної напруги в критичному режимі

(5.3)

Для забезпечення роботи генератора в недонапруженому режимі обирається  < _к

Амплітуда колекторної напруги

U_ке=  Е_к (5.4)

Потужність, виділяєма в контурі генератора

Р₁ = 0,5І_к1  U_ке (5.5)

Постійна складова колекторного струму

І_к0 = І_к1 / g₁ (5.6)

Потужність, споживаєма генератором

Р₀ = І_к0  Е_к (5.7)

Потужність, розсіюєма на колекторі

Р_к = Р₀  Р₁ (5.8)

Еквівалентний опір навантаження

R_к = U_ке / І_к1 (5.9)

Амплітуда напруги збудження

(5.10)

Коефіцієнт зворотнього зв’язку

К_о = U_б / U_ке (5.11)

Постійні складові базового і емiтерного струмів

І_б0 = І_к0 / ₀ (5.12)

І_е0 = І_к0 + І_б0 (5.13)

Напруга зміщення, яка забезпечує заданий кут відсічки

Е_бе = Е  U_б cos (5.14)

Задавши падіння напруги на емітерному опорі Е_R3 = 0,5 В, визначається величина опору R₃

R₃ = Е_R3 / І_е0 (5.15)

Розраховується опір базового подільника, задаючись струмом подільника І_д = (3…5)І_б0.

(5.16)

(5.17)

Задаються характеристичним опором контура  = (300...500)Ом і добротністю ненавантаженого контура Q_нен = 100, тобто G_нен = (3,3...2)10^-5 См. Приймається Х₂ =  (5...10)Ом [5, с. 134]. Реактивні опори елементів контура

Х ₃ = Х_r / К_ос, р = |Х₃|/ ,

Х₁ =  (Х₃ + Х_r), Х_L =  , (5.18)

Х_с1 = Х₁   .

Задаючись допустимим зниженням добротності контура до Q_н = 80, тобто _н = 0,0125, визначають вхідний опір буферного каскада

(5.19)

де (5.20)

або R_вхб.к=1/G_н (5.21)

Потужність в навантаженні

Р_н = 0,5 U_ке² G_н (5.22)

Ємності та індуктивності контура

С = 530/|Х_с1|, (5.23)

де  = 300 / f_(МГц),

L = Х_L  / 1880 . (5.24)

Для керування частотою вибирають варикап і визначають його параметри – допустиму напругу на переході U_{п max}, номінальну ємністьС_во при U_во =  4 В, показник нелінійності п.

Амплітуда напруги на індуктивності контура

U_L = U_ке / р < U_пmax/2 (5.25)

При виконанні умови (25) можна використати повне включенння варикапа р₂ = 1. Однак, з метою зменшення нелінійності характеристики керування, задаються р₂ < 1. Задавши зміщення на варикапі U₀, визначають ємність варикапа С_в = С_во /(1+U₀ /U_во)^п.

Максимальне значення нормованої керуючої напруги на межі характеристики керування

_м = (5.26)

Знаючи р₂ и С_в, знаходять

(5.27)

С_2е = p₂ С_в = (5.28)

При характеристичному опорі контура  повна ємність контура

С_к = 530/ . (5.29)

З урахуванням початкової ємності варикапа та ємності зв’язку сумарна ємність контура

С_кр = С_к  С_2е .

Коефіцієнт підключення варикапа до контуру

р₁ = С / С_к .

Коефіцієнти, які визначають крутість і кривизну характеристики керування

(5.30)

(5.31)

Межа характеристики керування

(_м)   (_м) = 2 |S₁| _м

Відносна ширина діапазона робочих частот

Нелінійність характеристики керування

(5.32)

ЛІТЕРАТУРА

Основна:

1. Радиопередающие устройства / Под ред В.В.Шахгильдяна. – М.:Радио и связь, 1990.
2. Проектирование радиопередающих устройств / Под ред. В.В. Шахгильдяна - М.: Радио и связь, 1984.
3. . Проектирование радиопередатчиков / Под ред. В.В. Шахгильдяна - М.: Радио и связь, 2000
	4. М.С. Шумилин, В.Б. Козырев, В.А. Власов. Проектирование транзисторных каскадов передатчиков - М.: Радио и связь, 1987
5. Проектирование радиопередающих устройств СВЧ / Под ред. Г.М. Уткина - М.: Сов. Радио, 1979
6. Расчет телевизионных передатчиков І...Ш диапазонов. Методические указания к КП и ДП. / ОЭИС им. А.С.Попова. – Одесса, ОЭИС, 1987. Составители Бойко Н.Ф., Лободзинский В.А., Шевченко Ю.П.
7. Методические указания по расчету амплитудно-модулированных генераторов и усилителей модулированных колебаний при КП и ДП. / ОЭИС им. А.С. Попова. – Одесса, ОЭИС, 1983. Составитель Лободзинский В.А.
8. Полупроводниковые приборы. Транзисторы: Справочник/ Под ред.Н.Н. Горюнова – М.: Энергоиздат, 1982
9. Полупроводниковые приборы. Транзисторы средней и большой мощности: Спра-вочник / Под ред. А.В. Голомедова. – М.: Радио и связь, 1989.
Додаткова
10 В.М. Богачев, В.В. Никифоров. Транзисторные усилители мощности - М.: Энергия, 1978
11. Ю.А.Громаков. Ставндарты и системы подвижной радиосвязи. – М.: ЭКО-ТРЕНДЗ, 2000.
12.Транзисторные генераторы гармонических колебаний в ключевом режиме. / Под ред. И.А.Попова. – М.: Радио и связь, 1985.
13. .Херхатер М., Партолль Х. MathCad 2000: полное руководство: Пер. с нем. – К.: Издательская группа BHV, 2000.